(57)【要約】      （修正有）【課題】光抽出効率を増大させる光ガイド光学システムを提供する。【解決手段】光ガイド光学システムは、発光源５０１を含み、発光源は１つの発光ダイオード（ＬＥＤ）又は複数のＬＥＤである。また光ガイド光学システムは、光ガイド板５０２（ＬＧＰ）を含み、ＬＧＰは、表面に配置される光抽出構成５０４と入力面上に成形された注入面５０５を含む。成形された注入面は、ＬＥＤから放射されるほぼ平行な光５０３を偏向させて、光が光抽出構成を介してＬＧＰから抽出されるように、角度付けられる。成形された注入面は、分割エッジ（Ｖ溝）又は湾曲したエッジである。【選択図】図５
0003226884.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
発光素子と、
光ガイド板（ＬＧＰ）とを含み、該光ガイド板（ＬＧＰ）は、テクスチャ及びドットパターンのうちの１つを含み、前記光ガイド板（ＬＧＰ）の第１の主面に配置される、光抽出構成を含み、前記光ガイド板（ＬＧＰ）は、前記第１の主面に対向する第２の主面と、入力面とを更に含み、該入力面は、成形された注入面を含み、前記第１の主面から前記第２の主面に延び、
前記成形された注入面は、前記発光素子から放射されるほぼ平行な光を前記第１及び第２の主面に向かって偏向させて、前記発光素子から放射される前記ほぼ平行な光を前記光抽出構成に入射させるように、輪郭付けられる、
光ガイド光学システム。
【請求項２】
前記成形された注入面は、分割エッジであり、前記第１及び第２の主面は、四角形である、請求項１に記載の光ガイド光学システム。
【請求項３】
前記分割エッジは、Ｖ形状を含み、前記Ｖの頂点は、前記第１の主面と前記第２の主面との間のほぼ中間に位置し、前記入力面の対向する入力面から離れる方向に前記第１及び第２の主面に向かって延びる、請求項２に記載の光ガイド光学システム。
【請求項４】
前記分割エッジは、１０度、２０度、又は３０度の入力角を作り出す、請求項２に記載の光ガイド光学システム。
【請求項５】
前記成形された注入面は、湾曲したエッジであり、前記第１及び第２の主面は、四角形である、請求項１に記載の光ガイド光学システム。
【請求項６】
前記成形された注入面は、前記第１の主面と前記第２の主面との間のほぼ中間で交わる、前記発光素子に対して凸状の輪郭を含む、請求項１に記載の光ガイド光学システム。
【請求項７】
前記成形された注入面は、前記第１及び第２の主面に向かってそれぞれ延びるそれぞれの尾部を備える釣鐘形カーブを含む、請求項１に記載の光ガイド光学システム。
【請求項８】
前記発光素子によって放射される光線が、前記成形された注入面を横切り、前記光線の全反射を誘発するような十分に高い角度で前記光ガイド板（ＬＧＰ）の前記第１及び第２の主面内に方向付けられる、請求項１に記載の光ガイド光学システム。
【請求項９】
前記発光素子によって放射される光線が、該光線が前記光抽出構成によって抽出されないようにさせる過大に高い角度で前記光ガイド板（ＬＧＰ）内を伝搬しない、請求項１に記載の光ガイド光学システム。
【請求項１０】
前記成形された注入面は、前記発光素子によって放射される光線が全反射を誘発しないように、高すぎない誘発角度を避けるように角度付けられる、請求項１に記載の光ガイド光学システム。
【請求項１１】
前記光ガイド板（ＬＧＰ）の前記入力面上の前記成形された注入面は、前記光ガイド板（ＬＧＰ）の入力面までの前記発光素子の距離に基づいて輪郭付けられる、請求項１に記載の光ガイド光学システム。
【請求項１２】
光ガイド板（ＬＧＰ）であって、
テクスチャ及びドットパターンのうちの１つから選択され、当該光ガイド板（ＬＧＰ）の第１の主面に配置される、光抽出構成と、
前記第１の主面に対向する第２の主面と、
前記第１の主面と前記第２の主面との間に延びる入力面とを含み、該入力面は、成形された注入面を含み、該成形された注入面は、光源から放射されるほぼ平行な光を前記第１及び第２の主面に向かって偏向させて、光源から放射される前記ほぼ平行な光を、前記光抽出構成を介して前記光ガイド板（ＬＧＰ）から抽出させる、ように輪郭付けられる、
光ガイド板（ＬＧＰ）。
【請求項１３】
前記成形された注入面は、分割エッジであり、前記第１及び第２の主面は、四角形である、請求項１２に記載の光ガイド板（ＬＧＰ）。
【請求項１４】
前記成形された注入面は、湾曲したエッジであり、前記第１及び第２の主面は、四角形である、請求項１２に記載の光ガイド板（ＬＧＰ）。
【請求項１５】
前記成形された注入面は、前記第１の主面と前記第２の主面との間のほぼ中間で交わる、前記光源に対して凸状の輪郭を含む、請求項１２に記載の光ガイド板（ＬＧＰ）。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）光源を使用する光ガイド(光導波路)光学ベースの照明用途の分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ）は、今日、光ガイド光学を含むシステムにおいてしばしば使用されている。そのような光学は、ＬＥＤの光をより所望の空間分布及び角度分布に再配向するために使用されている。ＬＥＤは、典型的には、ランベルト角度光分布(Lambertian  angular  light  distribution)において光を放射する。光がランベルト角度光分布において放射されるとき、それは全ての上半球方向に実質的に等しく放射される。ランベルト角度光分布における光の放射の結果として、有意な量の光が、ＬＥＤの発光面の垂直に近い方向（即ち、０度に近い、低い伝搬角度）で伝搬する。これらの光線が、ＬＥＤの発光面に対して平坦であり且つ平行であることがある光ガイド板（ＬＧＰ）のような従来的な光ガイド光学に衝突するとき、それらは、これらの表面によって最小限に摂動される。例えば、透過角〜入射角／１．４は、空気からガラス又はプラスチックに伝搬する低い角度の光線の場合である。その結果、これらの光線が従来的な光ガイド光学に衝突するとき、それらはより低い角度方向（即ち、主光ガイド面に近いか平行な方向）に偏向させられる。その結果、光ガイド光学を通じて進むこれらの光線の大部分は、案内面(guiding  surfaces)と相互作用しないか、或いは低い周波数でのみ相互作用し、従って、光ガイド内で弱く混合され得るに過ぎず、弱く取り出され(out-coupled)得るに過ぎない。
【考案の概要】
【０００３】
光ガイド光学システムにおける光抽出効率を増大させる方法、装置、及びシステムが開示される。光ガイド光学システムは、発光源を含んでよい。発光源は、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）又は複数のＬＥＤであってよい。光ガイド光学システムは、光ガイド板（ＬＰＧ）を含んでもよい。ＬＧＰは、ＬＧＰの表面に配置される光抽出構成を含んでよい。ＬＧＰは、ＬＧＰの入力面上に成形された注入面を含んでもよい。成形された注入面は、ＬＥＤから放射されるほぼ平行な光を偏向させて、ＬＥＤから放射されるこの光がその光抽出構成を介してＬＧＰから抽出されることを可能にするよう、角度付けられてよい。成形されたＬＧＰ光注入面は、分割エッジ（即ち、Ｖ溝）又は湾曲したエッジであってよい。
【０００４】
別の例示的な実施形態では、光ガイド光学システムにおいて使用されるＬＥＤの光線セットの角度分布が決定されてよい。次に、光ガイド光学システムで使用されるＬＧＰの注入面の形状が、ＬＥＤの光線セットの角度分布に基づいて決定されてよい。次に、ＬＧＰの注入面の決定された形状が適用されてよく、その場合、適用することは、例えば、ドリルを使用してＬＧＰの関連する表面にそのような形状を作り出すことを含む製造プロセスを使用することを含んでよい。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】光ガイド光学システムの一例の図である。
【０００６】
【図２Ａ】別の例示的な光ガイド光学システムの図である。
【０００７】
【図２Ｂ】別の例示的な光ガイド光学システムの図である。
【０００８】
【図３】例示的な光ガイド光学システムの図である。
【０００９】
【図４】注入面にある分割エッジを含む例示的な光ガイド光学システムの別の眺望の図である。
【００１０】
【図５】湾曲した形状の注入面を含む例示的な光ガイド光学システムの図である。
【００１１】
【図６Ａ】湾曲した形状の注入面を含む例示的な光ガイド光学システムの別の眺望の図である。
【００１２】
【図６Ｂ】湾曲した形状の注入面を含む例示的な光ガイド光学システムの別の眺望の図である。
【００１３】
【図７】光強度及び光抽出効率を示す図である。
【００１４】
【図８】ＬＧＰがランベルト曲線に従った発光特性を有するときの光強度及び光抽出効率を示す図である。
【００１５】
【図９】別の例示的な光ガイド光学システムの図である。
【００１６】
【図１０】分割エッジ注入面を備える別の例示的な光ガイド光学システムの図である。
【００１７】
【図１１】ＬＧＰがＶ溝を有するときの光強度及び光抽出効率を示す図である。
【００１８】
【図１２】ＬＧＰがＶ溝を有するときの光強度及び光抽出効率を示す別の図である。
【００１９】
【図１３】ＬＧＰ上の注入面の角度に対する光抽出効率の向上を示す図である。
【００２０】
【図１４】使用されるＬＧＰが垂直切子面を有するときの光強度及び光抽出効率を示す図である。
【００２１】
【図１５】使用されるＬＧＰが１０度の入力角度の注入面を有するときの光強度及び光抽出効率を示す図である。
【００２２】
【図１６】使用されるＬＧＰが２０度の入力角度の注入面を有するときの光強度及び光抽出効率を示す図である。
【００２３】
【図１７】使用されるＬＧＰが３０度の入力角度の注入面を有するときの光強度及び光抽出効率を示す図である。
【００２４】
【図１８】光ガイド光学システムにおける使用のための例示的なプロセスを示すフロー図である。
【００２５】
【図１９】成形されていない入力面を使用する輝度分布を示す図である。
【００２６】
【図２０】成形された入力面を使用する輝度分布を示す図である。
【考案を実施するための形態】
【００２７】
本明細書に記載する実施形態は、光ガイド(光導波路)(light  guide)光学システム(光学系)(optical  systems)において改良された光抽出効率を達成することに向けられている。本明細書に記載する実施形態で使用される発光源は、発光ダイオード（ＬＥＤ）、共振キャビティ発光ダイオード（ＲＣＬＥＤ）、垂直キャビティレーザダイオード（ＶＣＳＥＬ）、及びエッジ発光レーザを含むが、これらに限定されない、半導体発光デバイスのような、任意の発光源であってよい。本明細書に記載する実施形態で使用される発光源は、ＩＩＩ族窒化物材料とも呼ばれる、ガリウム、アルミニウム、インジウム、及び窒素の二元合金、三元合金、及び四元合金から形成される、青色光を発するＬＥＤを含んでよい。本明細書に記載する実施形態で使用される発光源は、ガリウム、アルミニウム、インジウム、ヒ素、及びリンの二元合金、三元合金、及び四元合金から形成される、赤色光を発するＬＥＤを含んでもよい。この方法は、ＵＶ又はＩＲ  ＬＥＤ光源にも適用可能である。
【００２８】
本明細書に記載する実施形態で使用される発光源は、例えば、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）基板、サファイア基板、炭化ケイ素基板、Ｉｌｌ−窒化物基板、Ｉｌｌ−リン化物基板、Ｉｌｌ−ヒ化物基板、ケイ素基板、又は金属−有機化学蒸着（ＭＯＣＶＤ）、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）、又は他のエピタキシャル技法による、他の適切な基板のような、基板上に、異なる組成及びドーパント濃度の半導体層のスタック(積層体)をエピタキシャル成長させることによって製造されてよい。半導体層のスタックは、基板上に形成された、例えば、Ｓｉでドープされた、１つ又はそれよりも多くのｎ型層と、ｎ型層又は複数のｎ型層上に形成された活性領域内の１つ又はそれよりも多くの発光層と、活性領域上に形成された、例えば、Ｍｇでドープされた、１つ又はそれよりも多くのｐ型層とを含んでよい。電気接点は、ｎ型領域及びｐ型領域上に形成されてよい。
【００２９】
本明細書に記載する実施形態で使用される光ガイド、導波路(wave  guides)、及び光ガイド板(light  guide  plates)（ＬＧＰ）は、システムで考慮される光源の波長で任意の透明材料、例えば、ガラス、シリコーン、又は可視光のためのプラスチック又はアクリル樹脂を使用して、製造されてよい。これらは、様々な屋内又は屋外照明用途、配光用途、街路灯、及び／又はディスプレイデバイスにおいて使用されてよい。ＬＧＰ、光ガイド、及び導波路という用語は、本明細書において互換的に使用されることがある。
【００３０】
図１は、例示的な光ガイド光学システム１００の図である。図１の例において、光源１０１は、ＬＧＰ１０２のような光ガイド内に光１０３を放射する。ＬＧＰ１０２は、ＬＧＰ１０２の表面に配置されてよいドットパターン(dot  patterns)又はテクスチャ (きめ)(textures)を含むが、これらに限定されない、光抽出構成１０４(light  extraction  features)を含んでよい。図１の例に示すように、多少の光１０３は、ＬＧＰ１０２から漏れ出すことがあり、それはＬＧＰ１０２の望ましくない表面から漏れ出すことがある。ＬＧＰ１０２から漏れ出す光１０３は、光抽出構成と頻繁には相互作用しない低い角度の全反射（ＴＩＲ）光線を含むことがある。漏出光１０３は、ＬＧＰ１０２の表面又は光抽出構成に決して衝突しないことがあり、或いはＬＧＰ１０２の反対側の端から出ることがあり、従って、漏出光１０３は、光の損失に直接的に転換することがある。
【００３１】
図２Ａ〜図２Ｂは、別の例示的な光ガイド光学システム２００の図である。図２Ａに示すように、ＬＧＰ２０２ａ内を低い伝搬角度で進む光線２０１ａは抽出されず、ＬＧＰ２０２ａから漏れ出す。
【００３２】
図２Ｂに示すように、光線２０１ｂは、ＬＧＰ２０２ｂを通じて進み、それらはそれらが抽出される前にＬＧＰ２０２ｂの材料によって吸収されるか、或いはＬＧＰ２０２ｂの反対側の表面で抽出され、次に、それらは、ＬＧＰ２０２ｂの反対側の表面で、他の要素によって吸収されることがある。
【００３３】
図１、図２Ａ、及び図２Ｂに示すシステムは、光線が光ガイド光学を通じて進むこと、及び／又は、光線が案内面(guiding  surfaces)と相互作用しないか或いは光ガイド光学の低い周波数で相互作用するに過ぎず、従って、光ガイド内で弱く混合され得るに過ぎず、弱く取り出され(out-coupled)得るに過ぎないという、上述した問題の故に、光抽出効率の減少を被る。図１、図２Ａ、及び図２Ｂの例に示すように、光線は、それらが抽出される前にＬＧＰを出ることがある。更に、光線は、ＬＧＰの反対側の表面で抽出されることがあり、次に、それらは、ＬＧＰの反対側の表面で、他の要素によって吸収されることがある。本明細書に記載する実施形態は、ＬＥＤ光を非平行化して、これらの望ましくない効果を低減するために、ＬＥＤに調整された(tuned)形状を備える、ＬＧＰ入力面の幾何学的形状を変更する。その結果、本明細書に記載する実施形態は、光抽出効率を改良し、光ガイドから漏れ出す光線の影響を減少させる。
【００３４】
光抽出効率の改良は、本明細書の実施形態では、以下を含むが、それらに限定されない、様々な基準を満たすために、光ガイドの注入面の形状をＬＥＤの角度光分布に整合させる(matching)ことによって、ＬＧＰ入力面の幾何学的形状を変更することによって、達成されることがある。
【００３５】
様々な基準のうちの１つは、ＬＥＤによって放射される光線が、光ガイド注入面(injection  surface)を横切った後に、案内面上への光線のＴＩＲの十分に高いバウンシング周波数(bouncing  frequency)を誘発するような十分に高い角度で、光ガイド光学内に向けられることである場合がある。
【００３６】
様々な基準のうちの別のものは、光ガイド注入面を横切った後に、案内面上でＴＩＲ光線であることを止めて、その代わりに望ましくなく外部に漏れ出するように、ＴＩＲ光線が、過度に高い角度で光ガイド内を伝搬しないことである場合がある。
【００３７】
様々な基準のうちの別のものは、入力面の正確な角度又は入力面の特定の形状が、光ガイドの空間輝度均一性を最適化するために、光ガイド内のＴＩＲ光線には高すぎる誘発角度(inducing  angles)を回避するように調整されることである場合がある。
【００３８】
本明細書に記載する実施形態で使用される最適な形状は、ＬＧＰ入力面までのＬＥＤの距離に依存することがある。
【００３９】
上述のような基準の適用は、注入面についての特定の形状に導くことがある。各ＬＥＤ又はＬＥＤ列もしくはアレイは、光ガイドのエッジに配置されるか、或いはリング内、スロット内、又は溝内に配置される、一致する形状の注入面を有してよい。これらの特定の形状の注入面は、四角形の又はより複雑な複数の切子面付き(ファセット付き)(multifaceted)光ガイド、円筒形の光ガイド、円形の光ガイド、又は湾曲した光ガイドに適用されてよい。これは、エッジ照明される(edge-lit)光ガイドだけでなく、光ガイド内への光の面内注入(in-plane  injection)（直接結合(direct-coupling)）に適用されてもよい。本明細書に記載する実施形態の光ガイド入力面で使用される形状は、標準的な光ガイド製造技術と適合する。
【００４０】
光線が抽出される前に光ガイドから漏れ出す光線の影響及び光線が他の素子に吸収される対向する表面で抽出される光線の影響を減少させることに加えて、注入面のための特別な形状の適用は、ＬＥＤによって発光される光の不均一な角度に亘る色(non-uniform  color-over-angle)によって引き起こされる、光ガイドによって抽出される光の色点空間不均一性(color  point  spatial  non-uniformity)を減少させることもある。典型的には、リン変換白色ＬＥＤは、低い角度でより高い相関色温度（ＣＣＴ）（白色のうちの青色調）を有し、高い角度でより低いＣＣＴ（白色のうちの黄色調）を有する。この非対称性は、より低い角度の光（青色光）がより高い角度の光（より黄色の光）よりも少なく抽出されるか或いはより低い角度にあるので、ＬＧＰ光学において持続することがある。従って、本明細書に記載する実施形態は、ＬＧＰ内の光のこれらの異なる成分のより良好な混合を可能にして、ＬＧＰ空間輝度のための色均一性の向上のみならず、ＬＧＰ出力角度分布における色均一性の向上ももたらすことがある。この改良は、本明細書に記載する実施形態に従った光ガイド入力面と共に使用される形状を含めることによって、ディスプレイデバイスにおいて適用されてよい。
【００４１】
図３は、本明細書に記載する実施形態のいずれかに従って使用されてよい、１つの実施形態に従った注入面に分割エッジ(split  edge)を含む、例示的な光ガイド光学システム３００の図である。図３の例において、光源３０１は、ＬＧＰ３０２のような光ガイド内に光３０３を放射する、ＬＥＤ（又は複数のＬＥＤ）のような発光源である。ＬＧＰ３０２は、ＬＧＰ３０２の表面に配置されてよいドットパターン又はテクスチャを含むが、これらに限定されない、光抽出構成３０４を含んでよい。図３の例に示すように、ＬＧＰ３０２は、ほぼ平行な光を偏向させ（３０６ａ、３０６ｂ）且つ光を抽出する（３０７）ように角度付けられた、注入面３０５にある分割エッジを含んでよい。注入面３０５にある分割エッジは、光源３０１から放射されるほぼ平行な光を偏向させて、光源３０１から放射されるほぼ平行な光が光抽出構成３０４を介してＬＧＰ３０２から抽出されることを可能にするために、上記で特定された様々な基準を満たすために、光源３０１の角度光分布に整合するように成形されてよい。
【００４２】
図４は、注入面４００にある分割エッジを含む、例示的な光ガイド光学システム３００の別の眺望の図である。図４の例において、低い伝搬角度で進む光線４０１は、光線４０１を偏向する（４０３）ように角度付けられた注入面４０４にある分割エッジでＬＧＰ４０２に入射することで、光線４０１が抽出されることを可能にする。何故ならば、光線はＬＧＰ４０２から漏れ出さないからである。注入面４０４にある分割エッジは、光線４０１から放射されるほぼ平行な光を偏向させ且つ光線４０１から放射されるほぼ平行な光がＬＧＰ４０２の光抽出構成を介してＬＧＰ４０２から抽出されることを可能にするために、上記で特定した様々な基準を満たすために、光線４０１の角度光分布に整合するように成形されてよい。
【００４３】
図５は、本明細書に記載する実施形態のいずれかに従って使用されてよい、別の実施形態に従った湾曲した形状の注入面を含む、例示的な光ガイド光学システム５００の図である。図５の例において、光源５０１は、ＬＧＰ５０２のような光ガイド内に光５０３を放射する、ＬＥＤ（又は複数のＬＥＤ）のような発光源である。ＬＧＰ５０２は、ＬＧＰ５０２の表面に配置されてよい、ドットパターン又はテクスチャを含むが、これらに限定されない、光抽出構成５０４を含んでよい。図５の例に示すように、ＬＧＰ５０２は、光を偏向させて（５０６ａ、５０６ｂ）、光が抽出される（５０７）のを可能にすることによって、高い角度の光線が漏れ出るのを防止することがある、湾曲した形状の注入面５０５を含んでよい。湾曲した形状の注入面５０５は、光源５０１から放射されるほぼ平行な光を偏向させ且つ光源５０１から放射されるほぼ平行な光が光抽出構成５０４を介してＬＧＰ５０２から抽出されることを可能にするために、上記で特定した様々な基準を満たすために、光源５０１の角度光分布に整合するように、湾曲させられてよい。
【００４４】
図６Ａは、湾曲した形状の注入面６００を含む、例示的な光ガイド光学システム５００の別の眺望の図である。図６Ａの例において、低い伝搬角度で進む光線６０１は、光線６０１を偏向させる（６０３）湾曲した形状の注入面６０４でＬＧＰ６０２に入射することで、光線６０１が抽出されることを可能にする。何故ならば、光線は、ＬＧＰ６０２から漏れ出さないからである。湾曲した形状の注入面６０４は、光線６０１から放射されるほぼ平行な光を偏向させ且つ光線６０１から放射されるほぼ平行な光がＬＧＰ６０２の光抽出構成を介してＬＧＰ６０２から抽出されることを可能にするために、上記で特定した基準を満たすために、光線６０１の角度光分布に整合するように湾曲させられてよい。
【００４５】
図６Ｂは、湾曲した形状の注入面を含む、例示的な光ガイド光学システム５００の別の眺望の図である。図６Ｂの例において、ほぼ平行な角度で進む光線６１１は、光線６１１を偏向させる（６１３）湾曲した形状の注入面６１４でＬＧＰ６１２に入射することで、光線６１１が抽出されることを可能にする。何故ならば、光線６１１は、ＬＧＰ６１２を漏れ出さないからである。湾曲した形状の注入面６１４は、光線６１１から放射されるほぼ平行な光を偏向させ且つ光線６１１から放射されるほぼ平行な光がＬＧＰ６１２の光抽出構成を介してＬＧＰ６１２から抽出されることを可能にするために、上述の様々な基準を満たすために、光線６１１の角度光分布に整合するように湾曲させられてよい。
【００４６】
図７は、光ガイド光学システムに使用されるＬＧＰがＬＧＰ上の平坦なエッジを使用するときの光強度及び約６８．５％の光抽出効率を示す、図７００である。図７の例において、全収集パワー(total  collected  power)は、２４６８．７ルーメン（ｌｍ）であり、効率は、０．６８５７４であり、最大強度は、７２９．１７カンデラ（ｃｄ）である。
【００４７】
図８は、光ガイド光学システムにおいて使用されるＬＧＰが、ランベルト曲線に従った発光特性を有するＬＧＰを使用するときの発光強度及び約７２．６％の光抽出効率を示す、図８００である。図８の例において、全収集パワーは、２６１４．５ｌｍであり、効率は、０．７２６２５であり、最大強度は、７４２．８２ｃｄである。図８の例は、０．２６０ｍｍの開口を有する湾曲した形状の注入面８０２を有する、６ｍｍのＬＧＰ８０１に当て嵌まる。
【００４８】
図９は、本明細書に記載する実施形態のいずれかに従って使用されることがある、別の例示的な光ガイド光学システム９００の図である。図９の例では、ＬＧＰ９０２のような光ガイドが６ミリメートルの厚さで使用される。図９の例において、ＬＧＰ９０２は、ＬＧＰ９０２の注入面９０１のエッジから３ミリメートルにある注入面９０１に（本明細書ではＶ溝と呼ぶこともある）分割エッジを含んでよい。分割エッジは、頂部エッジから１．５ミリメートルで始まる３ミリメートル幅のベースで角度が付けられている。注入面９０１での分割エッジの大きさ及び形状は、光源から放射されるほぼ平行な光を偏向させ且つこのほぼ平行な光がＬＧＰ９０２の光抽出構成を介してＬＧＰ９０２から抽出されることを可能にするために、上記で特定した様々な基準を満たすために、光源の角度光分布に整合させられてよい。
【００４９】
図１０は、本明細書に記載する実施形態のいずれかに従って使用されることがある、別の例示的な光ガイド光学システム１０００の図である。図１０の例では、ＬＧＰ１００２のような光ガイドが４ミリメートルの厚さで使用される。図１０の例において、ＬＧＰ１００２は、ＬＧＰ１００２の注入面１００１の縁から３ミリメートルにある注入面１００１に分割エッジを含んでよい。分割エッジは、頂部エッジから０．５ミリメートルで始まる３ミリメートル幅のベースで角度が付けられている。注入面１００１での分割エッジの大きさ及び形状は、光源から放射されるほぼ平行な光を偏向させ且つこのほぼ平行な光がＬＧＰ１００２の光抽出構成を介してＬＧＰ１００２から抽出されることを可能にするために、上記で特定する様々な基準を満たすために、光源の角度光分布に整合させられてよい。
【００５０】
図１１は、光ガイド光学システムで使用されるＬＧＰが、ＬＧＰ上に幅３ミリメートル及び深さ３ミリメートルのＶ溝を有するときの光強度及び約７２．５％の光抽出効率を示す、図１１００である。図１１の例において、全収集パワーは、２６０９．３ｌｍであり、効率は、０．７２４８１であり、最大強度は、７４１．８４ｃｄである。
【００５１】
図１２は、光ガイド光学システムで使用されるＬＧＰが、ＬＧＰ上に幅３ミリメートル及び深さ１ミリメートルのＶ溝を有するときの光強度及び約７０．１％の光抽出効率を示す、図１２００である。図１２の例において、全収集パワーは、２５５１．１ｌｍであり、効率は、０．７０８６３であり、最大強度は、７２４．１４ｃｄである。
【００５２】
図１３は、ＬＧＰ上の注入面の角度に対する光抽出効率の向上を示す、図１３００である。図１３は、注入面の入力切子面角度(入力ファセット角度)(input  facet  angles)及び結果として得られるそれらの角度の光抽出効率の幾つかの例を提供している。図１３の例では、０度の入力角度が、ほぼ８０．５％の抽出効率をもたらす（１３０１）。別の例では、１０度の入力角度が、８１．５％を超えるまでに抽出効率を向上させる（１３０２）。別の例では、２０度の入力角度が、８３％を超えるまでに抽出効率を向上させる（１３０３）。別の例では、３０度の入力角度が、抽出効率を約８４％に向上させる（１３０４）。
【００５３】
図１４は、光ガイド光学システムで使用されるＬＧＰが垂直切子面(垂直ファセット)(normal  facets)を有するときの光強度及び約８０．３％の光抽出効率を示す、図１４００である。図１４の例において、全収集パワーは、１９２９．２ｌｍであり、効率は、０．８０３８３であり、最大強度は、５２８．００ｃｄである。
【００５４】
図１５は、光ガイド光学システムで使用されるＬＧＰが１０度の入力角度のＬＧＰの注入面を有するときの光強度及び約８１．７％の光抽出効率を示す、図１５００である。図１５の例において、全収集パワーは、１９６０．９ｌｍであり、効率は、０．８１７０２であり、最大強度は、５４１．１１ｃｄである。
【００５５】
図１６は、光ガイド光学システムで使用されるＬＧＰが２０度の入力角度のＬＧＰの注入面を有するときの光強度及び約８３．３％の光抽出効率を示す、図１６００である。図１６の例において、全収集パワーは、１９９８．３ｌｍであり、効率は、０．８３２６４であり、最大強度は、５５６．３７ｃｄである。
【００５６】
図１７は、光ガイド光学システムで使用されるＬＧＰが３０度の入力角度のＬＧＰの注入面を有するときの光強度及び約８４％の光抽出効率を示す、図１７００である。図１７の例において、全収集パワーは、２０１６．５ｌｍであり、効率は、０．８４０２０であり、最大強度は、５４８．２９ｃｄである。
【００５７】
図１８は、本明細書に記載する実施形態のいずれかとの組み合わせにおいて使用されてよい、光ガイド光学システム１８００における使用のための例示的なプロセスのフロー図である。図１８のプロセス１８００の各ステップは、別々に示され且つ記載されているが、複数のステップは、示されているものと異なる順序で、互いに並列に、或いは互いに同時に実行されてよい。図１８を参照すると、光ガイド光学システムで使用されるＬＥＤ、複数のＬＥＤ、又は他の発光源の光線セットの角度分布が、決定される（１８０１）。ＬＧＰ又は他の光ガイドの注入面の形状は、ＬＥＤ又は他の発光源１８０２の光線セットの角度分布に基づいて決定される（１８０２）。次に、決定されたＬＧＰ注入面の形状が、ＬＧＰ１８０３に適用されてよい（１８０３）。例えば、ＬＧＰ注入面の決定された形状は、次に、ドリルを使用して上述の例に従ってＬＧＰの関連する表面に形状又はキャビティを生成することを含む製造プロセスを使用して、ＬＧＰに適用されてよい。
【００５８】
図１８のプロセス１８００の結果として、光ガイド光学システムで使用されるＬＥＤ、複数のＬＥＤ、又は他の発光源によって放射される光線は、光案内面で光線のＴＩＲを誘発し、その結果、光の光抽出効率を高めるような十分に高い角度で、ＬＧＰ又は他の光ガイドに向けられる。しかしながら、これらの角度は、それらが案内面でＴＩＲを止めて、その代わりに外部に望ましくなく漏れ出るように、過度に高くない。
【００５９】
図１９は、光ガイド光学システムで使用されるＬＧＰが垂直切子面を有するときの輝度分布を示す、図１９００である。図１９の例において、曲線１９１０は、ピーク輝度と交差する水平な平面内の角度分布を示しており、１９２０及び１９３０は、光強度及び光抽出効率を示している。
【００６０】
図２０は、図１９の光ガイド光学システムで使用されるＬＧＰが成形された入力面を有するときの輝度分布を示す、図２０００である。図２０の例において、曲線２０１０は、図１９の１９１０よりも均一なピーク輝度と交差する水平な平面内の角度分布を示している。図２０は、図１９の１９２０及び１９３０よりも均一な光強度及び光抽出効率をそれぞれ示す、２０２０及び２０３０も含む。
【００６１】
このようにして様々な実施形態を記載したが、多くの物理的変更（それらのうちのほんの僅かだけを上記詳細な記述に例示している）が、本明細書に具現される発明的な概念及び原理を変えることなく、本明細書に記載する方法及び装置において行われてよいことが、当業者によって理解されるはずであり、当業者に明らかなはずである。従って、本実施形態は、全ての点において、例示的であると考えられるべきあり、限定的であると考えられるべきでなく、従って、前述の記述によって示される本発明の範囲でなく、添付の請求項によって示される本発明の範囲、並びに請求項の均等の意味及び範囲に入る全ての変更が、そこに包含されるべきである。
【００６２】
構成及び要素が特定の組み合わせにおいて上述されているが、各構成又は要素は、単独で、或いは他の構成及び要素と共に又は他の構成及び要素を伴わずに任意の組み合わせにおいて、使用され得ることが理解されるべきである。本明細書に記載する任意の単一の実施形態は、本明細書に記載する他の実施形態の任意の１つ又はそれよりも多くの実施形態からの１つ又はそれよりも多くの要素で補足されてよい。ある実施形態の任意の単一の要素は、本明細書に記載する他の実施形態のうちの任意の１つ又はそれよりも多くの実施形態からの１つ又はそれよりも多くの要素と置換されてよい。例えば、図１〜図２０のいずれかを参照して本明細書に記載するような各構成又は要素は、他の構成及び要素を伴わずに単独で、或いは図１〜図２０からの他の図の各図又は任意の組み合わせからの他の構成及び要素を伴う又は伴わない様々な組み合わせにおいて使用されてよい。図１〜２０を参照して本明細書に記載する方法及び装置のサブ要素は、任意の組み合わせ又はサブ組み合わせにおいて（同時に含む）任意の順序で実行されてよい。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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